Rakennuksen homeiden aineenvaihduntatuotteiden mittaamiseen perustuvan analytiikan kehittäminen

Transkriptio

1 Johanna Salo Rakennuksen homeiden aineenvaihduntatuotteiden mittaamiseen perustuvan analytiikan kehittäminen Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 14. toukokuuta 2014 Valvoja: Prof. Martti Viljanen, Aalto-yliopisto Ohjaaja: Prof. Mirja Salkinoja-Salonen, Helsingin yliopisto

2 Aalto-yliopisto, PL 11000, AALTO Diplomityön tiivistelmä Tekijä Johanna Salo Työn nimi Rakennuksen homeiden aineenvaihduntatuotteiden mittaamiseen perustuvan analytiikan kehittäminen Koulutusohjelma Rakenne- ja rakennustuotantotekniikka Pää-/sivuaine Rakennusmateriaalien ja rakennusfysiikan pääaine Työn valvoja Prof. Martti Viljanen Työn ohjaaja(t) Prof. Mirja Salkinoja-Salonen Professuurikoodi Rak-43 Päivämäärä Sivumäärä Kieli Suomi Tiivistelmä Työn tavoite oli kehittää menetelmiä paikallistamaan haitalliset homevauriot suurista rakennuskokonaisuuksista. Uutena näytteenottotekniikkana kehitettiin toksisuusmittauksiin riittävän sisäilmanäytteen kerääminen vesihöyryä kondensoimalla. Toksiinien kulkeutuminen ilmatilassa vesihöyryn mukana todennettiin laboratoriomittauksin. Kaasumaisten aineenvaihduntatuotteiden, VOC ja CO 2, käytettävyyttä paikallisten ja ajantasaisten muutosten indikaattoreina selvitettiin. Lisäksi tutkittiin jo julkaistulla menetelmällä eri tilojen homekantojen toksisuuskirjoa. Ilmankosteutta on pidetty vain homeiden kasvun edistäjänä, mutta tässä työssä havaittiin kosteuden myös kuljettavan toksisia aineita. Sisätilan vesihöyryn kondensointi on toistettava ja kvantitatiivinen keräysmenetelmä. Kondensoitu vesihöyry edustaa tilan käyttäjien hengitysilman laatua. Ongelmatilojen sisäilmasta 17,5 ilmakuutiosta 3-5 vuorokauden aikana kondensoitu vesi riitti haitallisuuden toteamiseen erilaisin solutestein. Eri huoneiden kondenssivedet erosivat sekä toksisuuden että väkevyyden suhteen. Toimistohuoneen ilmasta saatiin 1000 μg kuiva-ainetta, joka jo μg/ml pitoisuuteen laimennettuna oli myrkyllistä hermosoluille kolmen vuorokauden ja siittiösoluille tunnin altistuksessa. Haittatiloista kasvatetut homekannat erittivät aktiivisesti nestepisaroita, joiden toksisuus oli moninkertainen itse kasvustoon verrattuna ja monisatakertainen hiukkaskeräyspölyjen toksisuuteen verrattuna. Haittatilasta eristetyn Penicillium expansum -kannan erittämät nestepisarat olivat toksisia kohdesoluille vielä kertaisina laimennoksina. Pisarat sisälsivät ketoglobosiinia ja kommunesiinia. Näiden todettiin kulkeutuvan vesihöyryn mukana suljetussa ilmatilassa. Online-kaasusensoreilla ja adsorbenttikeräimillä todettiin eri VOC-ryhmillä erilaiset ajasta riippuvat käyttäytymisprofiilit huoneilmassa. Alkoholiryhmän yhteispitoisuus kymmenkertaistui, aldehydiryhmän 17-kertaistui, terpeeniryhmän viisinkertaistui ja ketoniryhmän puolittui, kun ilmanvaihto oli ollut 12 tuntia pois päältä. Helposti haihtuvien yhdisteiden (VVOC) yhteispitoisuus oli kaikissa näytteissä lähes sama ( μg/m 3 ). Sisätilanäytteiden homeiden toksisuuskirjo antoi täsmätietoa sisäilman homeitiöiden laadusta. Saman rakennuksen joissakin huoneissa 100 % tutkituista pesäkkeistä osoittautui toksiinia tuottaviksi, joissakin huoneissa ei yksikään. Toksiset pesäkkeet olivat ehdoton enemmistö huoneissa, joiden käyttäjillä oli sisäilmaan liittyvää haittaoireilua. Jatkossa tulee tutkia rakennusmateriaalialustan ja olosuhteiden vaikutusta homeiden toksisten nestepisaroiden tuottoon ja toksiinien kulkeutumismekanismeja eri kosteuspitoisuuksissa. Lisätutkimuksia tarvitaan vielä selvittämään, soveltuuko vesihöyrystä kondensoimalla kerätty sisäilmanäyte homevaurioituneen rakennuksen haitallisten tilojen paikallistamiseen. Perustutkimusta tarvitaan selvittämään olosuhteiden vaikutusta toksisten homekantojen valikoitumiseen. Avainsanat VOC-profiili, Penicillium expansum, haitta-aineet vesihöyryssä, mykotoksiini, hometoksiini, toksiinien kulkeutuminen, homeiden tuottamat toksiset nestepisarat 2

3 Aalto University, P.O. BOX 11000, AALTO Abstract of master's thesis Author Johanna Salo Title of thesis Development of analytical methods for assaying metabolites of molds in buildings Degree programme Structural Engineering and Building Technology Major/minor Building Materials and Physics Code of professorship Rak-43 Thesis supervisor Prof. Martti Viljanen Thesis advisor(s) Prof. Mirja Salkinoja-Salonen Date Number of pages Language Finnish Abstract Aim of this project was to develop methods for locating harmful mold contamination in large buildings. Condensing water vapour directly from indoor air was developed as a sampling technique compatible with assaying toxicity. Toxicity assays executed in the laboratory confirmed that airborn water vapour was a carrier of toxins in indoor space. The applicability of gaseous metabolites, VOC and CO 2, was evaluated as an indicator of temporal and local changes of the spectrum of molds in indoor space. Indoor moisture has, so far, been considered as a promoter of mold growth, but in this work it was shown that airborn moisture is a carrier of toxic compounds. Condensing airborn moisture enabled repeated and quantitative sampling. Water condensed from the indoor vapour reflects the quality of air inhaled by the occupants of the space. Water condensed from 17,5 cubic meters of air within 3 to 5 days was sufficient for assaying harmful air contaminants by cell toxicological methods. Condensates harvested from different rooms differed in toxicities and concentrations of the contaminants. The condensate harvested from one office contained 1000 µg of substances that, within one hour of exposure, provoked toxic response in sperm cells at dilutions of 10 to 15 µg/ml. Molds cultured from the damaged rooms emitted exudates that were in cell tests many-fold more toxic than extracts prepared from the mold and several hundred-fold more toxic compared to settled dusts. Penicillium expansum, an isolate from one of the damaged spaces, emitted exudate droplets that were toxic in cell exposures even when diluted fold. These droplets contained chaetoglobosin and communesin. Water vapour was shown to vehicle these substances in enclosed space. Gas sensoring on-line and adsorbent samplings revealed differences in the profiles and timedependence of different VOC groups in indoor air. Substances of the alcohol group ten-folded, aldehydes 17-folded, terpene-group five-folded whereas the ketone group halved during ventilation downtime of 12 hours. The summed concentration of very volatile (VVOC) was unchanged, 289 to 293 µg/m 3, in all samplings. The diversity of toxic indoor molds gave important clues on the prevalence and properties of contaminants in indoor air. Within one building, in some rooms up to 100% of the colonies from dust and fall-out plates produced toxins, whereas in some rooms no producers were found. In rooms where building-related ill-health symptoms were reported, majority of the colonies were toxic. The results invite for continued investigation of materials and conditions controlling the generation of toxic aqueous exudates from molds and the mechanisms and moisture dependence of their airborne carriage. Further investigation is needed to assess whether condensate samplings are useful for localizing the damaged sites within buildings. Basic research is needed to clarify conditions elective for toxic molds. Keywords VOC profile, mycotoxin, toxic compounds in water vapour, toxic guttation droplets 3

4 Sisällysluettelo Käytetyt symbolit ja määritelmät... 7 Alkusanat Johdanto Home rakennuksessa Homevaurio osana sisäilmaongelmaa Homevaurion paikallistamisen nykymenetelmät Sisäilmaongelmaisen rakennuksen tutkimuksen vaiheet Sisäilman mikrobimittaukset Sieni-itiöpitoisuus homevaurion indikaattorina Sisäilmalle poikkeuksellinen sieni-itiöiden suku- tai lajijakauma homevaurion indikaattorina Homeiden kasvu ja kulkeutuminen rakennuksissa Olosuhteet homekasvulle rakennuksessa Rakennuksissa yleiset homelajit Homeiden kulkeutuminen sisäilmaan ja sisäilmassa Homeiden aineenvaihduntatuotteet homevaurion indikaattorina Mikrobiperäiset haihtuvat orgaaniset yhdisteet (MVOC) Ominaisuudet VOC-tuotto rakennusmateriaalialustalla Kaasumaisten aineiden kulkeutuminen sisäilmaan ja sisäilmassa VOC-näytteenotto ja analysointi MVOC-pitoisuudet sisäilmassa MVOC homevaurion indikaattorina Sisäilman hiilidioksidipitoisuus Hometoksiinit Hometoksiinien tuotto rakennusmateriaaleilla Toksiinien kulkeutuminen sisäilmaan ja sisäilmassa Toksiinien näytteenotto- ja analysointitekniikat Sisäilman hometoksiinipitoisuudet ja toksisuus Hometoksiineja nestepisaroissa Kokeellinen tutkimus Kokeellisen työn tavoitteet Kokeellisen työn menetelmät Kenttäkokeiden kohdekuvaukset

5 4.2.2 Koekammioiden kuvaukset Näytteenotto- ja viljelymenetelmät pölystä, rakennusmateriaalista sekä sisäilmasta Kondenssivesien käsittely toksisuusmittauksia varten Toksisuustestit Sisäilman vesihöyryn kondenssikeräyslaite VOC-mittauksissa käytetyt laitteet ja menetelmät Hiilidioksidimittauksissa käytetyt laitteet ja menetelmät Koejärjestelyt ja aikataulu Viljelynäytteet toksisuustutkimukseen Sisäilman vesihöyryn kerääminen Haihtuvien orgaanisten aineiden mittausaikataulu Homeiden CO 2 -tuoton mittaus suljetussa kammiossa Homeen toksisten nestepisaroiden tuotto ja kulkeutuminen suljetussa ilmatilassa Tulokset Haitta-aineiden etsintä viljellyistä sisätilahomeista Viljelmien toksisuus Sisätilojen viljelynäytteistä tunnistetut hometoksiinit Tulosten tarkastelu viljelynäytteistä Sisäilman vesihöyry haitta-aineiden kuljettajana Kondensoidun veden keräys sisäilmasta Sisäilmasta tiivistetyn veden analysointi Sisäilmasta tiivistetyn veden toksisuuden tutkiminen Sisätilahomeiden toksiset nestemäiset aineenvaihduntatuotteet Rakennushomeen tuottamien toksiinien kulkeutuminen ilmatilassa Tulosten tarkastelu vesihöyrystä haitta-aineiden kuljettajana Haihtuvat yhdisteet (VOC) sisäilman laadun indikaattorina Kaasusensoreilla saadut tulokset Adsorbenttimenetelmä sisäilman VOC-indikattorina Tulosten tarkastelu VOC-mittauksista Hiilidioksidi rakennuksen mikrobitoiminnan indikaattorina Kammiokokeet indikaattorihomeilla Rakenteiden hiilidioksidipitoisuus mikrobitoiminnan indikaattorina Tulosten tarkastelu hiilidioksidista homevaurion indikaattorina Johtopäätökset

6 7 Yhteenveto Lähdeluettelo Liite A. Mikrobiperäisiä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä ja niiden kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia Liite B. VOC-adsorbenttinäytteiden kromatokrammit

7 Käytetyt symbolit ja määritelmät Altistuminen: Tilanne, jossa sisäympäristössä oleva fysikaalinen, biologinen tai kemiallinen tekijä joutuu kosketukseen ihmisen kanssa. Edellä mainitun tekijän hengittäminen, nieleminen, kosketus silmiin tai iholle ovat altistumista. Altistuminen ei tarkoita sairastumista, mutta voi johtaa siihen. Bioaerosoli: Bioaerosoli on eloperäinen aerosolihiukkanen. EC 50 : EC 50 half maximal effective concentration on pitoisuus, jonka aiheuttama vaurio todetaan 50 %:ssa altistetuista eliöistä tai soluista. Fragmentti: Fragmentti on sienirihmaston osa. Home: Homeet ovat rihmasieniä, jotka lisääntyvät suvuttomasti itiöiden avulla. Impaktori: Impaktori on hiukkaskeräin. Kosteus- ja homevaurio: Kosteusvaurio, jossa todetaan homekasvustoja. Kosteusvaurio: Kosteusvaurio on liiallisesta tai pitkäaikaisesta kosteudesta aiheutuva materiaalin tai rakenteen kosteussietokyvyn ylittyminen tai ominaisuuksien muuttuminen siten, että rakenne tai rakenteen osa tulee korjata tai vaihtaa. Kosteusvaurioindikaattori: Kosteusvaurioindikaattori on mikrobi, jota ei yleensä tavata terveessä, vaurioitumattomassa rakennuksessa ja jonka esiintyminen rakennuksesta otetussa näytteessä viittaa siihen, että rakenteessa on tai on ollut kosteusvaurio. Näiden mikrobien esiintyminen kosteusvauriorakennuksissa on merkki rakenteiden liiallisesta kostumisesta, ellei niiden esiintymiselle ole muuta syytä. Indikaattorimikrobeina pidetään myös ns. tavanomaisia mikrobeja jos niitä esiintyy suurina pitoisuuksina näytteissä. Kuntoarvio: Kuntoarviossa selvitetään kiinteistön tilojen, rakennusosien, taloteknisten järjestelmien ja ulkoalueiden kunto aistinvaraisesti, arvioidaan kiinteistön korjaustarpeen ja laaditaan pitkän tähtäimen kunnossapitosuunnitelma. Kuntotutkimus: Kuntotutkimus on rakennuksen, rakennelman tai kiinteistöön kuuluvien järjestelmien kokonaisvaltainen tutkimus elinkaaren vaiheen tai korjaustarpeen määrittelemiseksi. Kuntotutkimuksessa voidaan käyttää rakenteita rikkovia menetelmiä vaurioiden laajuuden ja syiden täsmentämiseksi. Merkittävä kosteus- ja homevaurio: Vähäistä laajempi rakenteellinen vika, jonka seurauksena haitallinen altistuminen kosteusvaurioituneista rakenteista ja materiaaleista vapautuville kemiallisille, fysikaalisille ja biologisille epäpuhtauksille on todennäköistä. Metabolia: metabolia = aineenvaihdunta. Mikrobitoksiini: Mikrobitoksiini on home- ja hiivasienten tai bakteerien rakenneosasia tai niiden tuottamia aineenvaihduntatuotteita, joilla on osoitettu olevan haitallisia, toksisia vaikutuksia korkeampiin eliöihin. 7

8 Mikrobivaurio: Mikrobivaurio on bakteereiden, home- ja hiivasienten tai lahottajien haitallista esiintymistä rakennuksessa. Mykotoksiinit: Mykotoksiinit eli hometoksiinit ovat home- tai hiivasienten tuottamia haitallisia aineenvaihduntatuotteita (sekundäärimetaboliitteja). Ohjearvo: Viranomaisten antamat ohjearvot määrittävät eri tekijöiden määrää tai pitoisuutta sisäilmassa, jota ei tule ylittää. Sekundäärimetabolia: Sekundäärimetabolia tarkoittaa aineenvaihduntaa, joka ei palvele välitöntä solujen kasvua tai uusiutumista. Sisäilma: Sisäilma on rakenteiden rajaamalla alueella olevaa ilmaa. Sisäilmaongelma: Sisäilmaongelma on terveyttä tai turvallisuutta vaarantava puute tai ongelma rakennuksen tai sen osan ilmassa. Sisäilmasto: Sisäilmastolla tarkoitetaan sisäilman sekä lämpö- ja kosteusolosuhteiden muodostamaa kokonaisuutta. Toksiini: Toksiini on eliön tuottama myrkyllinen aine, joka syntyy eliön aineenvaihdunnassa (sekundäärimetabolia). Toksisuus: Toksisuus eli myrkyllisyys kuvaa kemiallisten aineiden kykyä aiheuttaa elimistön toiminnan häiriöitä tai rakenteellisia vaurioita Toksisuustiitteri: Toksisuustiitteri on kerroin, joka ilmaisee moninko -kertaisesti ainetta tai aineiden seosta on laimennettava, jotta se ei enää aiheuta myrkyllisyyttä. Viitearvo: Sisäilman laatua arvioitaessa viitearvolla tarkoitetaan yksittäisten tekijöiden tutkimuksissa todettua määrää tai pitoisuutta sisäilmassa. Tarkastelu perustuu usein tutkimusaineiston tilastolliseen käsittelyyn. Viitearvo P50 kuvaa tavanomaista sisäilman laatutasoa ja P90 tasoa, jonka ylitys viittaa selvästi epätavanomaisen puhtauslähteen olemassaoloon. 8

9 Käytetyt lyhenteet FFL GC LC MEA MNA MS MVOC PK-15 Kissan sikiön keuhkosolu Kaasukromatografi Nestekromatografi Malt Extract Agar mallas-agar -malja Hiiren hermosolu Massaspektrometri Mikrobiperäinen haihtuva orgaaninen yhdiste Sian munuaisepiteelisolu TOW Time-of-wetness, ajanjakso [h], jolloin suhteellinen kosteus materiaalissa ylittää homeen kasvulle tarvittavan kosteuden. TVOC VOC VVOC Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kokonaismäärä Haihtuva orgaaninen yhdiste Helposti haihtuva orgaaninen yhdiste 9

10 Alkusanat Työ tehtiin Aalto-yliopiston Rakennustekniikan laitoksen rakennusfysiikan tutkimusryhmän ja Helsingin yliopiston Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitoksen Mirja Salkinoja-Salosen tutkimusryhmän yhteistyönä. Mikrobiologiaan ja toksisuusanalyyseihin liittyvät menetelmät ja työvaiheet teki tai opetti tutkijatohtori Maria A. Andersson Helsingin yliopistosta. Kemialliset analyysit teki tutkijatohtori Raimo Mikkola Aalto-yliopistosta. Haluan kiittää erityisesti työni valvojaa, Aalto-yliopiston talonrakennustekniikan professori Martti Viljasta työn mahdollistamisesta, innostuneesta ja innostavasta asenteesta tutkimusaihetta kohtaan sekä lukuisista neuvoista työn kirjoittamiseen ja aiheen käsittelyyn. Erityiskiitokset kuuluvat myös professori Mirja Salkinoja- Saloselle työn ohjaamisesta, mikrobiologian ja tieteellisen kirjoittamisen opettamisesta, jatkuvasta kannustamisesta, ajankäytöstä, työhön liittyvistä kommenteista sekä innostavasta suhtautumisesta sisäilmaongelmien selvittämiseen, työhön ja tutkimukseen. Haluan kiittää tutkijatohtori Maria A. Anderssonia, Helsingin yliopisto, Elintarvikeja ympäristötieteiden laitos, lukuisten mikrobiologisten menetelmien ja toksisuusanalyysien opettamisesta ja tekemisestä, asiantuntemuksen ja tiedon jakamisesta, tutkimuksessa käytetyistä homekannoista, avustamisesta useissa käytännön töissä, valokuvista, työn ohjaamisesta, kannustamisesta sekä ystävyydestä. Haluan kiittää myös tutkijatohtori Raimo Mikkolaa, Aalto-yliopisto, Rakennustekniikan laitos, kromatografi- ja massaspektrianalyyseistä, asiantuntemuksen ja tiedon jakamisesta sekä käytettyjen menetelmien kriittisestä tarkastelusta. Lisäksi kiitän tohtorinkoulutettava Emmanuelle Castagnolia kaasukromatografianalyyseista ja tarviketilauksista, yli-insinööri Veli-Antti Hakalaa, laboratoriotyöteknikko Pertti Alhoa sekä laboratorioteknikko Lauri Sipilää teknisestä avusta laboratorio- ja kenttäkoelaitteistojen käytännön toteutuksessa, yliopistoopettaja Henry Gustavssonia materiaalinäytteistä sekä tutkimusapulaisia, Olli Lipponen, Sander Toomla, Petri Jantunen ja Jenni Malinen, avustamisesta kenttäkoelaitteiden ja ohjelmistojen käytössä sekä kannustavasta ja mukavasta ilmapiiristä työhuoneessa. Espoossa

11 1 Johdanto Homevaurio on rakenteellinen vika, jonka seurauksena haitallinen altistuminen homekasvustosta vapautuville biologisille epäpuhtauksille on todennäköistä. Terveyshaittoja aiheuttavat homevauriot rakennuksissa ovat yleinen ongelma ympäri maailmaa (Bornehag ym. 2001, s. 72). Uusien näytteenotto- ja mittausmenetelmien kehittäminen on välttämätöntä, koska nykymenetelmillä ei ole löydetty yhteyttä terveyshaittoihin. Home voi tuottaa aineenvaihdunnassaan toksiineja ja kaasumaisia tuotteita, kuten haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) ja hiilidioksidia. Rakennukset ovat usein suuria kokonaisuuksia. Menetelmiä tarvitaan paikantamaan kaikkein välittömimmin toimenpiteitä vaativat tilat. Lisäksi tulee paikallistaa haittaa aiheuttava lähde. Kosteus- ja homevaurion aiheuttamille sisäilmahaitoille altistuu päivittäin noin 0,5 1 miljoonaa suomalaista (Eduskunnan tarkastusvaliokunta 2013). Kosteus- ja homevaurioituneiden ja sisäilmaongelmaisten rakennusten kuntotutkimuksista ja korjausmenetelmistä on julkaistu useita oppaita. Silti lukuisat sisäilmaongelmaisten rakennusten korjaukset ovat epäonnistuneet rakennuksen käyttäjien terveyshaitan poistamisessa. Sisäilmaongelma aiheutuu usein monien eri tekijöiden yhteisvaikutuksesta. Haitan aiheuttajia voivat olla esimerkiksi myös pienhiukkaset, kuidut, viemärikaasut ja kemikaalit (Hänninen & Asikainen 2013, s.39; Salonen 2009; Reijula ym. 2012, s. 79). Terveyshaittoja aiheuttavan mikrobiologisen olosuhteen selvittäminen perustuu rakennuksen tekniseen riskiarvioon ja kuntotutkimukseen, joissa kartoitetaan kosteus- ja homevaurioiden esiintyminen (Asikainen 2008, s. 14). Selkeissä kosteusja homevauriotapauksissa vaurioiden aiheuttaja on nopeasti löydettävissä ja aiheutuneet vauriot helposti todettavissa. Usein vaurio on kuitenkin rakenteen sisällä näkymättömissä, ja ainoastaan rakennuksen käyttäjien oireilu viittaa mikrobivaurioon (Kärki ym. 2006, s. 175; Pirinen 2006, s. 82). Tällöin nykykäytännön mukaan suositellaan sisäilmanäytteiden ottamista. Virallisia homeja kosteusvaurioon viittaavia indikaattoreita ovat viitearvot ylittävät sieniitiöpitoisuudet materiaali-, ilma- tai pintanäytteissä, sisäilmalle poikkeuksellinen sieni-itiöiden suku- tai lajijakauma sekä viitearvot ylittävä pitoisuus sisäilmanäytteen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) kokonaismäärässä (STM 2008). Ohje- ja viitearvojen ylitykset eivät anna tietoa terveyshaitan aiheuttajista. Hometoksiinit ovat yksi epäilty terveyshaittaoireiden aiheuttaja (Nielsen 2002). Toksiinien on esitetty kulkeutuvan kasvustosta itiöiden ja fragmenttien mukana sisäilmaan (Tuomi ym. 2000), mutta niiden kerääminen sisäilmasta on osoittautunut hankalaksi (Polizzi ym. 2009; Gottschalk ym. 2008). Kerätyt pitoisuudet ovat matalia ja analysointi kallista. Huonepölystä voidaan tehdä kokonaistoksisuustarkasteluja, mutta pölyn sisältämien muiden toksisuuslähteiden vuoksi menetelmää ei toistaiseksi suositella homevaurioindikaattoriksi (THL ym. 2012). Homeiden VOC-tuotto on dynaamista ja vaihtelee suuresti kannan, olosuhteiden ja kasvuvaiheen mukaan. Yhdenkään VOC-yhdisteen ei ole todettu esiintyvän kaikissa rakennusmateriaaleilla kasvaneissa sekakasvustoissa ja siten sopivan 11

12 homeindikaattoriksi. Yleisimpiä yhdisteitä on löytynyt myös steriileiltä materiaaleilta. (Korpi ym ) Rakennuksen tilojen ajasta riippuvia VOCprofiileja ei ole käytetty sisäilmatutkimuksissa. Homeiden hiilidioksidituoton taso vaihtelee riippuen kasvun vaiheesta, kosteusmuutoksista ja ravinteiden saannista. Sisäilman hiilidioksidipitoisuuksia ei ole käytetty homekasvun toteamiseen. Sisätiloissa on myös muita hiilidioksidin tuottajia, kuten ihminen. Ilmanvaihto huuhtelee sisätiloja alentaen pitoisuuksia. Sen sijaan suljetussa rakenteessa korkea hiilidioksidipitoisuus voi ilmaista homekasvua. Hiilidioksidimittaus on nopea, ja tulos heti nähtävissä. Työn tavoite oli kehittää menetelmiä paikallistamaan suurista homevaurioituneista rakennuskokonaisuuksista haitallisimmat tilat tai haitan lähde. Tavoitteen saavuttamiseksi tutkittiin sisäilmahaittaista rakennusta monitieteisesti, hyödyntäen rakennusfysiikan, mikrobiologian, solutoksikologian ja kemian analytiikan menetelmiä. Työssä tutkittiin homeiden kiinteitä, nestemäisiä ja kaasumaisia aineenvaihduntatuotteita homevaurion indikaattoreina yksittäisin koejärjestelyin. Kehitettävien menetelmien tuli ilmaista tilojen käyttäjien hengitysilman laatua tai paikallistaa homevaurio ilman pitkää keräys- tai näytteenkäsittelyaikaa sekä olla lisäksi kvantitatiivisia ja toistettavia. Uutena sisäilman näytteenottotekniikkana kehitettiin sisäilman vesihöyrykeräys kondensoimalla sisäilman vesihöyryä nesteeksi keräysastiaan. Menetelmää testattiin kenttäkokein. Kerättyjen nestenäytteiden toksisuutta tutkittiin solutoksikologisin menetelmin. Kenttäkokeissa viljeltyjen homeiden nestemäisiä aineenvaihduntatuotteita kerättiin suoraan kasvatusmaljoilta. Penicillium expansum -homeen tuottamien nestemäisten emissioiden toksisuutta tutkittiin usealla eri indikaattorisolulla. Neste-emissioiden sisältämien toksiinien kulkeutumista ilmatilassa tutkittiin laboratoriokokeella. Huoneilman VOC-profiilin kinetiikkaa tutkittiin kenttäkokeessa kahdella eri onlinekaasusensorilla. Profiilin mukaan valittiin ajankohdat, jolloin huoneesta otettiin VOC-adsorbenttinäytteet kvantitatiivisia mittauksia (GC-MS) varten. Homeen hiilidioksidituottoa rakenteiden sisällä simuloitiin laboratoriossa kammiokokein sisäilmasta eristetyillä homekannoilla, joita kasvatettiin kipsilevyalustoilla. Kenttäkokeessa mitattiin erään toimistohuoneen sisäseinärakenteesta hiilidioksidipitoisuus. Rakennuksen eri tilojen eroja ja yhtäläisyyksiä homeiden tuottamien haitta-aineiden suhteen etsittiin sisätilahomeista jo julkaistulla menetelmällä (Andersson ym. 2012) kenttäkokeissa. Sisätilanäytteitä viljeltiin mallas-agar -maljoille, ja niistä neljässä viikossa kasvaneet pesäkkeet tutkittiin toksisuuden suhteen solutoksikologisin menetelmin. 12

13 2 Home rakennuksessa 2.1 Homevaurio osana sisäilmaongelmaa Epäpuhtaan sisäilman aiheuttamaksi tautikuormaksi on arvioitu vuosittain EU:ssa yli 2 miljoonaa ja Suomessa menetettyä tervettä elinvuotta. Ilmanvaihdon ja ilmavuotojen kautta sisäilmaan pääsevien ulkoilman epäpuhtauksien osuus tautitaakasta on arvioitu olevan noin 57,5 % ja sisälähteiden noin 42,5 %. Suurin sisäilman aiheuttama tautikuorma Suomessa on peräisin pienhiukkasista, noin 67 % kokonaiskuormasta, ja seuraavaksi suurin radonista, noin 16 %. Bioaerosolien ja kosteusvaurioiden osuus sisäilman aiheuttamasta tautikuormasta on arvion mukaan yhteensä noin 10 % (Kuva 1). (Hänninen & Asikainen 2013, s. 39.) Kuva 1. Sisäilman aiheuttaman tautikuorman lähteet Suomessa 2010 (Hänninen & Asikainen 2013, s. 39). Kosteusvaurio määritellään rakenteelliseksi viaksi, jonka seurauksena haitallinen altistuminen kosteusvaurioituneista rakenteista ja materiaaleista vapautuville kemiallisille, fysikaalisille ja biologisille epäpuhtauksille on todennäköistä. Homevaurio tarkoittaa haitallista homekasvustoa rakennuksissa. Pirisen (2006) väitöskirja-aineiston kosteus- ja homevaurioituneista taloista suurin osa vaurioista oli aiheutunut veden valumisesta rakenteisiin ja toiseksi suurin vaurioitumistapa oli kapillaarisuuden takia siirtynyt kosteus. Kosteus- ja homevaurio voi kehittyä nopeasti esimerkiksi putkivuotojen seurauksena tai hitaasti pitkäaikaisen haitallisen kosteuden kertymisen seurauksena. Vaurioiden syitä voivat olla kosteusvaurioille alttiit rakenteet ja materiaalit, rakentamisen huolimattomuus, työmaasuojauksen puutteellisuus, rakentamisen virheellinen toteutus ja kiinteistön huollon laiminlyönti. Homekasvua esiintyy rakenteissa sekä pintamateriaaleissa. (Pirinen 2006, s. 81.) Eduskunnan tarkastusvaliokunnan teettämän selvityksen mukaan kosteus- ja homevaurion aiheuttamille sisäilmahaitoille altistuu päivittäin noin 0,5 1 miljoonaa suomalaista. Kosteus- ja homeongelmien talousvaikutusten arvioidaan olevan 13

14 rakennuskustannusten osalta noin 21,4 mrd. euroa ja työpanos- ja hoitokustannusten osalta 36,6 mrd. euroa. (Eduskunnan tarkastusvaliokunta 2013.) Kosteus- ja homevaurioituneiden sekä sisäilmaongelmaisten rakennusten kuntotutkimuksista ja korjausmenetelmistä on julkaistu oppaita ja ohjeita (Ympäristöministeriö 1997a; Ympäristöministeriö 1997b; Kärki ym. 2006; Asikainen & Peltola 2008; Kärki & Öhman, 2007). Tästä huolimatta lukuisat sisäilmaongelmaisten rakennusten korjaukset ovat epäonnistuneet eikä käyttäjien oireilu ole korjaustoimenpiteistä huolimatta poistunut (Putus 2013). Ei tiedetä, mitä sisäilmaongelmaisesta rakennuksesta kannattaa ja tulee mitata vaurion paikallistamiseksi sekä korjausten onnistumisen varmistamiseksi. Tästä syystä uusien mittausmenetelmien tarve on ilmeinen. 2.2 Homevaurion paikallistamisen nykymenetelmät Sisäilmaongelmaisen rakennuksen tutkimuksen vaiheet Tilan käyttäjien oireilun synnyttämän terveyshaittaa aiheuttavan mikrobiologisen olosuhteen selvittäminen perustuu rakennuksen tekniseen riskiarvioon ja kuntotutkimukseen, joissa kartoitetaan kosteus- ja homevaurioiden esiintyminen. Kaavio rakennuksen kunnon arvioinnista ja korjaamisen prosessista sisäilmasto- ja kosteusvauriokohteissa on kuvassa 2. Selkeissä kosteus- ja homevauriotapauksissa vaurioiden aiheuttaja on nopeasti löydettävissä ja aiheutuneet vauriot helposti todettavissa. Usein vaurio on kuitenkin rakenteen sisällä näkymättömissä, ja ainoastaan rakennuksen käyttäjien oireilu viittaa mikrobivaurioon (Kärki ym. 2006, s. 175). Tällöin sosiaali- ja terveysministeriön ohjeistuksen mukaan on tarpeellista määrittää sisäilman, pintanäytteen tai rakennusmateriaalien sieni-itiöpitoisuus sekä mikrobisuvusto (STM 2003, s. 72). Esimerkiksi Pirisen (2006, s. 82) väitöskirja-aineiston mikrobivaurioituneissa pientaloissa noin joka kolmas vaurio oli rakenteiden sisällä siten, että siitä ei ollut näkyvissä silmin havaittavaa merkkiä, vaan sen löytämiseen tarvittiin kuntotutkimustoimenpiteitä kuten kosteusmittauksia porarei istä, rakenteiden avaamista tai mikrobinäytteiden ottamista Sisäilman mikrobimittaukset Sisäilman mittaukset ja mikrobimääritykset osana rakennuksen kunnon arviointia ja tutkimista on esitetty kuvassa 3. Mikrobipitoisuuksien ja -suvuston huomioiminen tuloksia tulkittaessa on esitetty kuvassa 4. 14

15 Kuva 2. Rakennuksen kunnon arvioinnin ja korjaamisen prosessi sisäilmasto- ja kosteusvauriokorjauksissa (Asikainen 2008, s. 14). 15

16 Kuva 3. Rakennuksen kunnon arvioinnin ja tutkimisen vaiheet (Asikainen 2008, s. 16). Sisäilman mittaukset ja mikrobiselvitykset osana arviointia ja tutkimista on ympyröity kuvassa punaisella. Kuva 4. Mikrobipitoisuuksien ja -suvuston huomioiminen sisäilmanäytteiden mikrobituloksia tulkittaessa (STM 2008, s. 170). 16

17 2.2.3 Sieni-itiöpitoisuus homevaurion indikaattorina Sisäilmamittauksista ainoat viralliset haitallisen mikrobikasvuston indikaattorit ovat Asumisterveysohjeen (STM 2003) mukaisin menetelmin otettujen näytteiden viitearvot ylittävä pesäkelukumäärä sekä näytteiden sisältämät vaurioindikaattorimikrobit. Sisäilman mikrobimittauksilla tutkitaan, ovatko sisäilman sieni-itiöpitoisuudet ja -suvusto tavanomaisia rakennuksen sijaintiin, ikään ja vuodenaikaan nähden. Sieni-itiöpitoisuus ilmoitetaan pesäkelukumääränä (cfu colonies forming unit tai pmy pesäkkeitä muodostavaa yksikköä) kuutiomäärässä ilmaa tai neliösenttimetrissä materiaali- tai pintanäytettä. Laajojakaan mikrobivaurioita ei kuitenkaan välttämättä havaita pesäkelukumääriä laskettaessa (Häkkilä 2012, s. 174). Tämän vuoksi yksittäiset sisäilmamittaukset eivät poissulje vaurion mahdollisuutta ja eikä niitä siten pidä käyttää rakennuksen terveellisyyden osoittamiseen. Sieni-itiöpitoisuuden mittaamisessa käytetään 2- tai 6-vaiheimpaktoria, jolla näytteenottoajasta, tavanomaisesti minuuttia, riippuen saadaan ilmatilavuudeltaan 0,28 0,42 m 3 suuruinen hetkellinen ilmanäyte. Selvän mikrobilähde-epäilyn tai sulan maan aikana otetun näytteen keruuaikaa lyhennetään. Keräin lajittelee mikrobit ilmanäytteen aerodynaamisen koon mukaan kasvatusmaljoille, joilta seitsemän vuorokauden kasvatusajan jälkeen lasketaan homeiden pesäkeluku. Sosiaali- ja terveysministeriön ohje- ja viitearvot sisäilman bioaerosoleille asuintiloissa on esitetty taulukossa 1. Toimistotiloissa sovellettava ohjeellinen viitearvo on 50 pmy/m 3 (Työterveyslaitos 2011). Taulukko 1. Tavanomaisesta poikkeavat mikrobipesäkelukumäärät asuinrakennuksissa (STM 2008, s ). pmy = pesäkettä muodostavaa yksikköä. Näyte Tavanomaisesta poikkeava sieniitiöpitoisuus Yksikkö näytteessä Rakennusmateriaali > pmy/g Pintanäyte > 1000 pmy/cm 2 Sisäilmanäyte > 500 pmy/m 3 Mikrobipitoisuutta on käytetty korjausten onnistumisen arvioinnissa ja seurannassa. Sieni-itiöpitoisuuksissa on todettu eroja vaurio- ja vertailukohteissa sekä muutoksissa ennen ja jälkeen korjauksen (Lignell ym. 2006, s. 210). Toisaalta esimerkiksi pian tiivistyskorjausten ja homesiivouksen sekä mahdollisten biosidien käytön jälkeen otetut ilmanäytteet eivät välttämättä anna oikeaa kuvaa haitan poistumisesta. 17

18 2.2.4 Sisäilmalle poikkeuksellinen sieni-itiöiden suku- tai lajijakauma homevaurion indikaattorina Sisäilman poikkeuksellinen sieni-itiöiden suku- tai lajijakauma voi myös viitata homevaurioon. Yleisin ja runsaimmin esiintyvä sienisuku sisäilmassa on Penicillium. Muiden kuin Penicillium-sienten esiintymistä valtalajina sisäilmanäytteissä voidaan pitää epätavanomaisena. Ulkoilman yleisin sienisuku on Cladosporium, minkä vuoksi Cladosporium-lajeja havaitaan yleisesti myös sisäilmassa, varsinkin syksyisin ja kesäisin. Rakennusten sisäilma-, pinta- ja rakennusmateriaalinäytteissä esiintyy tavallisimmin Penicillium-, Aspergillus- ja Cladosporium- sienisukuja sekä hiivoja. (STM 2003, s. 81.) Asumisterveysohjeen mukaan kosteusvaurioon viittaavia mikrobisukuja, -lajeja ja - ryhmiä on taulukossa 2. Lisäksi asiantuntijalaboratoriot ovat laatineet tutkimustulostensa ja kokemuksensa perusteella useita indikaattorimikrobiluetteloita, joita päivitetään. Taulukko 2. Kosteusvaurioon viittaavia mikrobisukuja, -lajeja ja -ryhmiä. Tähdellä* merkityt ovat mahdollisia toksiinintuottajia (STM 2003, s.82). Kosteusvaurioon viittaavia mikrobisukuja ja -lajeja Mahdollinen toksiinintuottaja Stachybotrys * Trichoderma * Aspergillus versicolor * Aspergillus fumigatus * Chaetomium * Phialopbora Fusarium * Aktinomykeetit * Työterveyslaitos suosittaa rakenteiden korjausta viipymättä ja tilojen käyttökiellon tapauskohtaista harkintaa, mikäli sisätilasta löydetään toksiineja tuottavia mikrobilajeja (TTL 2013). Näytteiden virallisen ohjeen mukainen kasvatusaika on yksi viikko. Tämä ei ole riittävän pitkä aika kaikkien homeiden itiöinnin alkamiseen, jolloin tunnistaminen ei ole mahdollista. Suku tai laji ilmoitetaan tällöin ilmaisulla steriilit, mycelia sterilia. Esimerkiksi toksiinintuottaja Penicillium expansum vaatii noin neljän viikon kasvatusajan ja jää tunnistamatta. 18

19 2.3 Homeiden kasvu ja kulkeutuminen rakennuksissa Olosuhteet homekasvulle rakennuksessa Sisäilmaongelmaisissa rakennuksissa ja tiloissa on todettu esiintyvän valtalajistoina toksiinintuottokykyisiä homekantoja, kun taas luonnossa toksiinintuottajat ovat harvinaisia (Andersson 2014). Homeet ovat monisoluisina rihmastoina kasvavia sieniä, jotka hyödyntävät tehokkaasti ympäristönsä orgaanisia yhdisteitä ja sopeutuvat nopeasti uusien yhdisteiden käyttöön. Sopeutumiskyvyn sekä tehokkaan lisääntymisen ja itiöiden tuotannon avulla homeet ovat levittäytyneet kaikkialle. Samat kemialliset ja fysikaaliset elinolosuhteet saattavat olla hyödyllisiä yhdelle ja haitallisia toiselle lajille. Tämä vaikuttaa lajien valikoitumiseen ympäröivien olosuhteiden mukaan. Rakennuksien ja rakenteiden ympäristöolosuhteet poikkeavat luonnosta esimerkiksi kosteuden, lämpötilan, hiilidioksidipitoisuuden, ravinteiden ja kemikaalikuorman suhteen. Lisäksi sisätiloista puuttuvat auringonvalon, sateen ja tuulen vaikutukset. Kosteuden merkitys homekasvulle Ilman vettä ei ole homeen kasvua. Vesi voi olla saatavilla monin eri tavoin ja eri muodoissa ja eri lähteistä. Ajasta riippuvat muutokset kosteustasossa, lämpötilassa ja ilman liikkeissä vaikuttavat sekä homeen kasvun biologiseen systeemiin, että materiaalien, rakenteiden ja rakennusten fysikaaliseen systeemiin. Tyypillisesti ympäröivien lämpö- ja kosteusolosuhteiden vaihtelu voidaan jakaa kahteen ryhmään. Ensimmäiseksi pitkän aikavälin vaihtelu vuositasolla ja syklinen muoto, joka on riippuvainen vuodenajoista. On selvää, että maantieteellinen sijainti vaikuttaa ulkoolosuhteisiin, esimerkkeinä manner-, meri ja arktinen ilmasto. Toiseksi lyhyen aikavälin vaihtelu, joka johtuu usein tilan käytöstä, kuten ruuanlaitto, suihku, lämmitys ja jäähdytys. Sisä- ja ulko-olosuhteiden kosteuspitoisuuserot ja -vaihtelu sekä lämpötilaerot rakennuksen vaipan yli aiheuttavat rakenteen sisällä sekä paikallisia eroja että ajasta riippuvaa värähtelyä suhteellisessa kosteudessa (Kuva 5). Vesi materiaalissa voidaan ilmaista erilaisilla parametreilla, kuten veden aktiivisuus, osmoottinen paine, vesipotentiaali ja vesipitoisuus. Viimeinen osoittaa vesimäärää ja edelliset perustuvat kemialliseen potentiaaliin ja ovat termodynaamisia suureita. Mikrobiologiassa käytetään vesiaktiivisuutta (a w ) ja rakennustekniikassa ilman suhteellista kosteutta (RH) kuvaamaan veden saannin olosuhteita homekasvun kannalta. Homeiden kasvulle olennaista on vapaan veden saanti. Vapaa vesi eli veden aktiivisuus a w edustaa käytettävää veden määrää ympäristössä, ei kokonaisvesipitoisuutta. Mitä enemmän veteen on liuenneena kemiallisia aineita, sitä pienempi on veden aktiivisuus. Veden aktiivisuus voi saada arvon välillä 0 1. Yleensä solun sisältö on ympäristöä väkevämpää, jolloin vesi pyrkii diffundoitumaan soluun. Ympäristössä, jonka vesiaktiivisuus on matala, tilanne pyrkii kääntymään päinvastaiseksi. Useat mikrobilajit elävät a w > 0,9 pitoisuuksissa, mutta esimerkiksi monille Aspergillus-homeille vapaan veden tarve on a w > 0,7. RH [%] taas on todellisen vesipitoisuuden suhde ilman lämpötilasta riippuvaan maksimivesipitoisuuteen höyryssä. Tasapainotilassa materiaalin vesiaktiivisuus a w 19

20 vastaa suhteellista kosteutta RH siten, että a w = RH/100 %. (Adan & Samson 2011, s ) Homeen kasvulle merkittävää on se aika, jolloin kasvualustan kosteusolosuhde on kasvulle otollinen (TOW, Time-of-wetness), (Kuva 6). Suhteellinen kosteus materiaalissa voi olla huomattavasti sisäilman suhteellista kosteutta korkeampi pitkään hetkellisen kosteuskuorman jälkeen riippuen materiaalin fysikaalisista ominaisuuksista kuten kapillaarisuus ja absorptio. (Adan ym. 2011, s ) Kipsilevyllä esimerkiksi materiaalin huokoisuuden ja absorptiokyvyn vuoksi pinnan suhteellinen kosteus pysyy homekasvulle otollisena (TOW) useita tunteja lyhyen kosteuskuorman jälkeen, vaikka sisäilman suhteellinen kosteus laskee ilmanvaihdon vaikutuksesta homekasvulle otollisia olosuhteita matalammaksi (Kuva 7). Kuva 5. Erään seinärakenteen mitatut suhteelliset kosteudet (RH) rakenteen eri osissa Mittauspisteet ovat ilmansulkupaperin ja lämmöneristeen rajapinta (piste 9), eristeen sisäosa (piste 8) ja lämmöneristeen ulkopinta (piste 7). (Kauriinvaha ym. 2001, s. 21.) Kuva 6. Periaatekuva homekasvulle otollisen kosteuden ajasta TOW (Time-ofwetness) materiaalin pinnalla kosteuskuorman jälkeen (Adan ym. 2011, s. 58). 20

21 Kuva 7. Kipsilevyn pinnan TOW (Time-of-wetness) [h] 10 minuutin suihkun jälkeen sisäilman suhteellisen kosteuden funktiona seinässä, katossa ja nurkassa (Adan ym. 2011, s. 58) Rakennuksissa yleiset homelajit Adams ym. (2013) tutkimuksessa yhtäkään sientä ei tunnistettu sisäilma- tai huonetyyppi-indikaattoriksi, vaan sisäilman sienieliöstö vaihteli kosteusvaurioitumattomissa rakennuksissa kuten ulkoilman lajit vuodenajan mukaan. Lisäksi tutkimuksessa todettiin, että rakennuksen maantieteellinen sijainti oli eliöyhteisörakenteen yksittäinen ratkaiseva tekijä. Tutkimuksen mukaan homeiden koosta tai määrästä riippumatta hajaantuminen rajoittui alle neliökilometrin alueelle. Rakennusmateriaaleissa on valmiiksi eri homelajeja. Nielsen (2002) on osoittanut mikrobien kasvamisen rakennusmateriaaleilla. Hyvärisen ym. (2002) tutkimus vahvistaa, että mikrobikasvua tapahtuu monilla eri rakennusmateriaaleilla ja osoittaa yhteyden joidenkin rakennusmateriaalien ja sienisukujen välillä. Tutkimuksessa määritettiin mikrobikoostumus 1140 silminnähden kosteusvaurioituneesta rakennusmateriaalinäytteestä, jotka oli kerätty erilaisista rakennuksista ympäri Suomea. Korkeimmat sieni-itiöpitoisuudet todettiin puu- ja paperimateriaaleissa ja matalimmat pitoisuudet mineraalieristeissä, keraamisissa tuotteissa sekä maaleissa ja liimoissa. Suuri variaatio sienissä löydettiin puumateriaaleista, joissa esiintyi useimmiten Penicilliumia ja hiivoja. Paperimateriaaleilla suuri ero puumateriaaleihin oli Cladosporiumin ja Stachybotryksen esiintyminen. Kipsilevylle oli ominaista Stachybotryksen yleisyys. Keraamiset tuotteet ja maalit ja liimat suosivat Acremoniumia ja Aspergillus versicoloria. Betoniin ja alapohja-rakenteisiin on yhdistetty useat Aspergillus-lajit sekä Chaetomium sp (Andersen ym. 2001). Joidenkin rakennuksissa yleisesti esiintyvien homelajien luontaiset kasvuympäristöt sekä yleiset kasvualustat rakennuksissa on koottu taulukkoon 3. 21

22 Taulukko 3. Joidenkin rakennuksissa esiintyvien homelajien luontainen kasvuympäristö sekä yleinen kasvualusta rakennuksissa (Nielsen 2002, s. 3,4). Suku Laji Luontainen kasvuympäristmateriaalialusta Yleinen rakennus- Chaetomium globosum Maaperä, olki, puu Puu ja selluloosaa sisältävät materiaalit Stachybotrys chartarum Heinä, olki, paperi, Kipsilevyt, putkien maaperä eristeet Ulocladium chartarum ja atrum Maaperä, lanta, ruoho Puu, tapetit, kipsilevyt Trichoderma harzianum, citrinoviride, Märkä puu, maaperä Puu atroviride ja longibrachiatum Alternaria tenuissima Viljakasvit, lehdet Tapetit, kipsi Aureobasidium pullulans Maaperä, viljakasvit Maalit Rhodulotorula rubra Maalit, puu Phoma sp. Maalit, puu, tapetit, tiivisteet Aspergillus versicolor Juusto, viljakasvit, mausteet, kuivatut lihatuotteet Penicillium chrysogenum Useat ruoka-aineet, mausteet, kuivat viljatuotteet Useat materiaalit, päälöydöksiä, kasvaa pölyssä Kaikki materiaalit Penicillium brevicompactum Maaperä, pähkinät, hedelmät, mehut Puumateriaalit Penicillium corylophilum Useat ruoka-aineet Useat materiaalit, päälöydöksiä Aspergillus sydowii Maaperä, puuvilla, pavut, pähkinät, olki Aspergillus ustus Maaperä, viljatuotteet, maapähkinät Useat materiaalit, päälöydöksiä Cladosporium sphaerospermum Kuolleet kasvit Maalit, puu, tapetit, tiivisteet Cladosporium herbarum Kuolleet kasvit, säilötyt hedelmät Maalit, puu, tapetit, tiivisteet Penicillium palitans Juusto, puu Useat materiaalit, erityisesti puu Eurotium repens Kakut, kuivatut ruoat, viljatuotteet Wallemia sebi Kuivatut ruoat, kakut, suolattu kala, sokeri, suklaa Paecilomyces variotii Komposti Penicillium polonicum Vilja- ja lihatuotteet Aspergillus niger Kuivattu ruoka, mausteet Penicillium expansum Pähkinät, omenat Puu 22

23 2.3.3 Homeiden kulkeutuminen sisäilmaan ja sisäilmassa Rakennusmateriaaleissa on eri homelajeja johtuen mikrobien kyvystä levittäytyä kaikkialle. Homeitiöitä saattaa kulkeutua sisätiloihin myös rakenteiden läpi esimerkiksi rakennuksen alustan maaperästä tai seinän eristetilasta, mikäli rakenteet eivät ole tarpeeksi tiiviit ja sisätilat ovat alipaineiset ulkoilmaan nähden. Taneli Päkkilän diplomityössä todettiin, ettei alipaineistus lisännyt merkittävästi mikrobipitoisuuksia sisäilmassa. Sen sijaan alipaineistus lisäsi mikrobilajistoa sisäilmassa, ja kosteusvaurioihin viittaavia lajeja löytyi selkeästi enemmän. Työssä verrattiin mikrobipitoisuuksia ja -lajistoa normaalikäyttötilanteessa sekä 10 Pa ja 20 Pa alipaineissa. (Päkkilä 2012.) Kosteus vaikuttaa mikrobiemissioihin (Kymäläinen ym. 2005, s. 130). Ilman virtausnopeuden kasvu ja suhteellisen kosteuden aleneminen vaikuttavat itiöiden irtoamiseen ilmavirtausten mukana (Menetrez & Foarde 2004, s. 77). Suhteellisen kosteuden aleneminen vaikuttaa myös kasvustosta irronneiden fragmenttien kokoon siten, että alhaisessa kosteudessa fragmentit ovat pienempiä ja suurempi joukko irronneista fragmenteista on kooltaan hengitysteihin tunkeutuvia (Frankel ym. 2013, s. 21). Homeitiöt sisäilmassa ovat aerosolihiukkasia. Ilmassa leijuvat aerosolihiukkaset liikkuvat pääasiassa ilmavirtausten mukana. Hiukkasen kyky seurata ilmavirtausta riippuu sen inertiasta eli massan hitaudesta. Mitä pienempi hiukkanen, sitä herkemmin se reagoi ilmavirtauksen muutoksiin. Hiukkasten viipymäaika ilmassa riippuu depositiomekanismien tehokkuudesta. Aerosolihiukkasen putoamisnopeus riippuu vahvasti hiukkasen aerodynaamisesta halkaisijasta: 100 µm kokoinen hiukkanen putoaa keskimäärin nopeudella 25 cm/s, 10 µm kokoinen nopeudella 3 mm/s ja 1 µm kokoinen enää nopeudella 0,03 mm/s. Pienhiukkasten, alle 2,5 µm, putoamisnopeudet ovat niin pieniä, että sedimentaatio on täysin merkityksetöntä ilmavirran liikkeisiin ja diffuusioon verrattuna. Karkeille hiukkasille sedimentaatio on kuitenkin merkittävä depositiomekanismi. (Riipinen & Lehtipalo, 2013.) Homeitiöiden halkaisija on noin 2 10 μm (Burke, 2006). Pintapölynäytteet ovat sedimentaation takia pinnalle laskeutuneita karkeita hiukkasia. Hengitettyjen hiukkasten terveysvaikutukset riippuvat niiden fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista sekä siitä, mihin kohtaan hengityselimistöä ne deposoituvat. Hiukkasen halkaisijan merkitys keuhkodepositioon on esitetty kuvassa 8. 23

24 Kuva 8. Hiukkasen halkaisijan merkitys keuhkodepositioon. (Riipinen & Lehtipalo 2013). Hengitetyistä itiöistä 90 % jäisi kokonsa puolesta nenä-nieluun. Ylähengitysteiden ja keuhkoputkien pintaa peittävät värekarvat, jotka kuljettavat niihin tarttuneet hiukkaset liman mukana pois hengityselimistöstä muutamassa tunnissa. Keuhkorakkuloihin asti päätyneet liukenemattomat hiukkaset puolestaan poistuvat hitaasti, vasta kuukausien tai vuosien kuluessa makrofagien nielemänä tai kuljetettuina imusolmukkeisiin. Liukenevat tai ultrapienet hiukkaset taas voivat imeytyä keuhkorakkuloista verenkiertoon. (Riipinen & Lehtipalo 2013.) 24

25 3 Homeiden aineenvaihduntatuotteet homevaurion indikaattorina 3.1 Mikrobiperäiset haihtuvat orgaaniset yhdisteet (MVOC) Ominaisuudet Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) ovat hiilipohjaisia kiinteitä tai nestemäisiä yhdisteitä, joiden höyrynpaine on yli 0,01 kpa, kun lämpötila on 20 C, tai joilla on vastaava haihtuvuus tietyissä käyttöolosuhteissa (YK 2003, s. 18). MVOCit ovat mikro-organismien kuten sienten ja bakteerien haihtuvia orgaanisia aineenvaihduntatuotteita eli metaboliitteja. Niitä muodostuu sekä primääri- että sekundäärimetaboliassa (Kuva 9). Mikro-organismien primäärimetabolia tarkoittaa solujen kasvuun ja elintoimintoihin tarvittavien aineiden tuottoa. Sekundäärimetabolia tarkoittaa aineenvaihduntaa, joka ei palvele välitöntä solujen kasvua tai uusiutumista. Sienien tuotteista on identifioitu noin 250 eri MVOC-yhdistettä. Identifioidut MVOCt ovat alkoholeja, ketoneja, terpeenejä, estereitä, laktoneita, hiilivetyjä sekä rikki- ja typpiyhdisteitä. (Korpi ym. 2006, s. 1.) Liitteessä A on 96 tunnistettua MVOC:ia ja niiden kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia. VOC-tuotto on biologisesti dynaamista. Tietyn lajin tai kannan VOC-profiili vaihtelee kasvualustan, itämisajan, ravintoaineiden, lämpötilan, suhteellisen kosteuden (Pasanen ym. 1997, s. 429; Polizzi ym. 2012, s ) ja muiden ympäristöparametrien mukaan (Sunesson ym. 1997; Fiedler ym. 2001; Matysik ym. 2008). MVOC-tuotto riippuu myös mikrobin kasvuvaiheesta. Aspergillus flavuksella tehdyt testit ovat osoittaneet MVOC-tuoton, erityisesti terpeenien ja seskviterpeenien osalta, olevan suurimmillaan juuri ennen itiönmuodostumista ja itiöinnin aikana sekä hometoksiinien tuoton aikana (Zeringue ym. 1993, s. 2269). Yleisesti olosuhteet, jotka suosivat mikrobikasvua, suosivat myös sekundäärimetaboliitteja, mutta toisaalta tämä ei päde kaikkiin yksittäisiin sekundäärimetaboliitteihin (Kuske ym. 2005, s. 825) VOC-tuotto rakennusmateriaalialustalla Tutkimuksissa ei ole toistaiseksi osoitettu minkään MVOC:in esiintyvän kaikissa eri lajien mikrobikasvustoissa. Esimerkiksi Korpi ym. (1998) eivät löytäneet sellaista ainetta, joka olisi esiintynyt kaikissa tutkituissa mikrobisekakasvustoissa rakennusmateriaalilla. Vaikka joitakin mahdollisia homekasvuindikaattoreita löytyi, niin niistä jokaista emittoitui myös steriileistä materiaaleista (Pasanen ym. 1998, s. 705). Useimmin raportoidut MVOC:it on koottu taulukkoon 4. 25

26 Kuva 9: Pääasiallinen metaboliapolku joillekin MVOC:eille ja hometoksiineille. Haihtuvat yhdisteet on kirjoitettu kursiivilla. (Korpi ym. 2006, s. 3.) Taulukko 4. Kirjallisuustutkimuksissa useimmiten raportoidut MVOC:it (Kuske ym. 2005, s. 826), esiintyminen rakennusmateriaaleissa, CAS-numerot, molekyylipainot ja kiehumispisteet. Kemiallinen ryhmä Alkoholit Terpeenit Yhdiste 2-metyyli-1-propanoli 3-metyyli-1-butanoli 2-metyyli-1-butanoli 3-oktanoli 1-okten-3-oli 1-heksanoli 1-pentanoli 2-metyyli-isoborneoli Limoneeni Pineenit Löytynyt myös steriilistä rakennusmateriaalinäytteestä* X X X X X X X ,1 88,2 88,2 130,2 128,2 102,2 88,2 168,3 136,2 136, ja 166 CAS** g/mol*** Kiehumispiste*** Geosmiini ,3 1 Ketonit 3-oktanoni X , heptanoni X , pentanoni X ,1 102 Furaanit 3-metyylifuraani ,1 66 Rikkiyhdisteet Dimetyylisulfidi ,1 37,3 * (Pasanen ym. 1998, s. 705), ** (NLM, 2014), *** (Database, 2014). 26

27 3.1.3 Kaasumaisten aineiden kulkeutuminen sisäilmaan ja sisäilmassa Rakennusmateriaalissa kasvavien homeiden tuottamia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä vapautuu kasvustosta ympäröivään ilmaan. Päästönopeus riippuu yhdisteen höyrynpaineesta materiaalin pinnalla, yhdisteen höyrynpaineesta ympäröivässä ilmassa sekä massansiirtokertoimesta kaavan 1 mukaan. E = k ( ν p,pinta ν p,ilma ) (1) jossa E on emissionopeus [g/(m 2 h)] k on massansiirtokerroin [m/s] v p,pinta on höyrynpaine materiaalin pinnalla [Pa = kg/(ms 2 )] v p,ilma on höyrynpaine ympäröivässä ilmassa [Pa]. Aineen höyrynpaine on suoraan verrannollinen sen pitoisuuteen ilmassa. Haihtuminen riippuu pitoisuuserosta materiaalin pinnalla suhteessa ympäröivään ilmaan. Emittoituneen aineen siirtyminen rakenteessa tapahtuu diffuusio- ja konventioilmiöiden kautta (Aikivuori 2001, s. 9). Diffuusiossa molekyylit siirtyvät rajapinnan yli joko ilmatilaan tai toiseen materiaaliin diffuusiokertoimensa mukaisesti ja suhteessa pitoisuusgradienttiin. Konvektiossa aine siirtyy konvektiovirtausten, kuten ilmavuotojen kautta rakenteesta sisäilmaan. Ilmanvaihto laimentaa sisäilmaan emittoituneiden aineiden pitoisuutta. Osa emissiotuotteista saattaa koskettaa materiaalien pintoja ja adsorboitua pinnalle tai se voi absorboitua esimerkiksi liukenemisen kautta pintamateriaalin sisään. Sekä adsorptio että absorptio voivat olla pysyviä, tai emittoituneet aineet voivat desorptoitua huoneilmaan, mahdollisesti myös reagoineessa uudessa kemiallisessa muodossa. Kaikkiin edellä mainittuihin ilmiöihin vaikuttavat mm. lämpötila, kosteus, ilmanvaihtokerroin, ilman nopeus ja turbulenssi (Aikivuori 2001, s. 9). Kaasumaisina MVOC:it voivat kulkeutua myös materiaalin läpi VOC-näytteenotto ja analysointi Yleisin menetelmä kerätä sisäilmasta haihtuvia orgaanisia yhdisteitä on ottaa ilmanäyte pumpulla Tenax-adsorbentilla täytettyyn putkimaiseen ATD-keräimeen (ATD = automatic thermal desorption). Kerättävä ilmamäärä on 4 12 dm 3 ja näyte edustaa hetkellistä tilannetta. Menetelmä soveltuu kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen analyysiin. Ilmanäyte voidaan ottaa myös passiivisella keräysmenetelmällä, jolloin adsorbentti jätetään paikoilleen useaksi vuorokaudeksi, esimerkiksi kahdeksi viikoksi ilman erillisiä pumppuja tai keräimiä. Suurin etu passiivisella näytteenotolla on, ettei siinä tarvita erityisiä näytteenottolaitteita. Helppo käsiteltävyys sopii erityisen hyvin kenttäolosuhteisiin. Toisaalta keruuaika saattaa määräytyä jopa useiksi viikoiksi, koska sisäilmassa pitoisuudet ovat usein matalat. Menetelmä soveltuu kvalitatiiviseen analyysiin. (Matysik ym. 2009, s. 118). Adsorbenttinäytteet analysoidaan kaasukromatografilla (GC) ja kvantitoidaan massaspektrometrillä (MS). 27